锂电池结构与原理.doc

锂电池原理和结构1、锂离子电池的结构与工作原理：所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”以 LiCoO2为例：⑴电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于 3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如 LiCoO2、LiNiO2 、LiMn2O4、 LiFePO4⑵为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物， 如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括 SnO、SnO2、锡复合氧化物 SnBxPyOz(x=0.4～0.6 ，y=0.6 ～0.4 ， z=(2 ＋ 3x＋5y)/2) 等2、电池一般包括：正极（ positive ）、负极（ negative ）、电解质（electrolyte ）、隔膜（separator ）、正极引线（positivelead ）、负极引线（ negativeplate ）、中心端子、 绝缘材料 （insulator ）、安全阀（safetyvent ）、密封圈（gasket ）、PTC（正温度控制端子） 、电池壳。

一般大家较关心正极、负极、电解质锂电池的详细介绍1、锂离子电池锂离子电池目前由液态锂离子电池 ( LIB) 和聚合物锂离子电池 ( PLB)两类其中，液态锂离子电池是指 Li + 嵌入化合物为正、负极的二次电池正极采用锂化合物 LiCoO2或 LiMn2O4，负极采用锂 - 碳层间化合物锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是 21 世纪发展的理想能源2、锂离子电池发展简史锂电池和锂离子电池是 20 世纪开发成功的新型高能电池这种电池的负极是金属锂，正极用 MnO2，SOCL2，(CFx)n 等 70 年代进入实用化因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用小型电器中，如移动、便携式计算机、摄像机、照相机等、部分代替了传统电池3、锂离子电池发展前景锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用 目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为 21 世纪电动汽车的主要动力 电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用4、电池的基本性能(1) 电池的开路电压(2) 电池的内阻(3) 电池的工作电压(4) 充电电压充电电压是指二次电池在充电时，外电源加在电池两端的电压。

充电的基本方法有恒 电流充电和恒电压充电一般采用恒电流充电，其特点时在充电过程中充电电流恒定不变 随着充电的进行， 活性物质被恢复，电极反应面积不断缩小，电机的极化逐渐增高5) 电池容量电池容量是指从电池获得电量的量， 常用 C表示，单位常用 Ah 或 mAh 表示容量是电池电性能的重要指标 电池的容量通常分为理论容量、实际容量和额定容量电池容量由电极的容量决定， 若电极的容量不等， 电池的容量取决于容量小的那个电极，但决不是正负极容量之和6) 电池的贮存性能和寿命化学电源的主要特点之一是在使用时能够放出电能， 不用时能贮存电能所谓贮存性能对于二次电池来说为充电保持能力对于二次电池，使用寿命时衡量电池性能好坏的一个重要参数二次电池经过一次充电和放电，称为一个周期（或已此循环）在一定的充放电制度下， 电池容量达到某一规定值之前电池能经受的充放电次数称为二次电池的使用周期 锂离子电池具有优良的贮存性能和长的循环寿命锂电池 - 特征A. 高能量密度锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半， 体积是镍镉的 40-50%，镍氢的 20-30%B. 高电压一个锂离子电池单体的工作电压为 3.7V( 平均值 ) ，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。

C. 无污染锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质D. 不含金属锂锂离子电池不含金属锂， 因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制E. 循环寿命高在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500 次F. 无记忆效应记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象锂离子电池不存在这种效应G. 快速充电使用额定电压为 4.2V 的恒流恒压充电器可以使锂离子电池在一至两个小时内得到满充锂电池 - 锂电池原理和结构1、锂离子电池的结构与工作原理：所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池 人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的， 独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”， 俗称“锂电” 以LiCoO2为例：⑴电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态， 一般选择相对锂而言电位大于 3V 且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如 LiCoO2、Li NiO2、LiMn2O4、LiFePO4⑵为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物， 如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物 SnBxPyOz(x=0.4～0.6 ，y=0.6 ～0.4 ，z=(2＋ 3x＋ 5y)/2) 等。

2、电池一般包括：正极（ positive ）、负极（ negative ）、电解质（electrolyte ）、隔膜（separator ）、正极引线（positivelead ）、负极引线（ negativeplate ）、中心端子、 绝缘材料 （insulator ）、安全阀（safetyvent ）、密封圈（gasket ）、PTC（正温度控制端子） 、电池壳一般大家较关心正极、负极、电解质锂电池 - 离子电池结构比较按正极材料不同分为铁锂、钴锂、锰锂等；从外形分类一般分圆柱形和方形，而聚合物锂离子还可制成任意形状；根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池 (lithium ion battery, 简称为 LIB) 和固态锂离子电池两大类，聚合物锂离子电池 (polymer lithium ion battery, 简称为PLIB) 属于固态锂离子电池中的一种电解质 壳体 / 包装 隔膜 集流体液态锂离子电池 液态 不锈钢、铝 25μPE 铜箔和铝箔聚合物锂离子电池 胶体聚合物 铝/PP 复合膜 没有隔膜或个 μPE 铜箔和铝箔锂电池 - 锂离子电池的性能１、高能量密度与同等容量的ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ电池相比，锂离子电池的重量轻，其体积比能量是这两类电池的１ . ５～２倍。

２、高电压锂离子电池使用高电负性的含元素锂电极，使其端电压高达３ . ７Ｖ，这一电压是ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ电池电压的３倍３、无污染，环保型４、循环寿命长寿命超过５００次５、高负载能力锂离子电池可以大电流连续放电，从而使这种电池可被应用于摄象机、手提电脑等大功率用电器上６、优良的安全性由于使用优良的负极材料，克服了电池充电过程中锂枝晶的生长问题，使得锂离子电池的安全性大大提高 同时采用特殊的可恢复配件，保证了电池在使用过程中的安全性锂电池 - 应用随着二十世纪微电子技术的发展， 小型化的设备日益增多， 对电源提出了很高的要求锂电池随之进入了大规模的实用阶段最早得以应用于心脏起搏器中由于锂电池的自放电率极低，放电电压平缓使得起搏器植入人体长期使用成为可能锂电池一般有高于 3.0 伏的标称电压，更适合作集成电路电源二氧化锰电池，就广泛用于计算机，计算器，照相机、 手表中应用举例1、作电池组维修代换品有许多电池组：如 笔记本电脑 上用的那种，经维修发现，此电池组损坏时仅是个别电池有问题 可以选用合适的单节锂电池进行更换2、制作高亮微型电筒笔者曾用单节 3.6 V1.6AH 锂电池配合一个白色超高亮度发光管做成一只微型电筒，使用方便，小巧美观。

而且由于电池容量大， 平均每晚使用半小时， 至今已用两个多月仍无需充电3、代替 3V 电源由于单节锂电池电压为 3.6V因此仅需一节锂电池便可代替两节普通电池，给收音机、随身听、照相机等小家电产品供电， 不仅重量轻，而且连续使用时间长锂电池 - 工艺保护电路由两个场效应管和专用保护集成块 S--8232 组成，过充电控制管 FET2 和过放电控制管 FET1串联于电路，由保护 IC 监视电池电压并进行控制，当电池电压上升至 4.2V 时，过充电保护管 FET1截止，停止充电为防止误动作，一般在外电路加有延时 电容当电池处于放电状态下，电池电压降至 2.55V 时，过放电控制管 FET1截止，停止向负载供电过电流保护是在当负载上有较大电流流过时，控制 FET1使其截止，停止向负载放电， 目的是为了保护电池和场效应管 过电流检测是利用场效应管的导通 电阻作为检测电阻， 监视它的电压降， 当电压降超过设定值时就停止放电 在电路中一般还加有延时电路， 以区分浪涌电流和短路电流该电路功能完善，性能可靠，但专业性强，且专用集成块不易购买，业余爱好者不易仿制充电电路现在有不少商家出售不带充电板的单节锂电池。

其性能优越，价格低廉，可用于自制产品及锂电池组的维修代换， 因而深受广大电子爱好者喜爱有兴趣的读者可参照图二制作一块充电板其原理是：采用恒定电压给电池充电， 确保不会过充 输入直流电压高于所充电池电压 3 伏即可 R1、Q1、W1、TL431。